- Kunststoffe als Leichtbauwerkstoffe -

Transkript

1 - Kunststoffe als Leichtbauwerkstoffe - Dr.-Ing. Marcus Schuck , Tagungszentrum Onoldia und Orangerie, Ansbach 1 Jacob Plastics GmbH Bergstraße Wilhelmsdorf Deutschland / Germany Tel.: +49 (0)9104 / Fax: +49 (0)9104 / m.schuck@jacobplastics.com

2 Die Unternehmensgruppe Standorte Wilhelmsdorf (D); m 2 Obermichelbach (D); m 2 Nizná (Slowakei); m 2

3 Umsatz [Mio. ] Mitarbeiter Die Unternehmensgruppe Umsatz / Mitarbeiter

4 Jacob Plastics Group Fragen an den Leichtbau Warum Leichtbau? / aktueller Stand? Warum Kunststoff? Wo gibt es das? / Warum nicht in meinem Auto? Welche aktuellen Lösungen gibt es damit mein Auto das auch hat?

5 Motivation für Leichtbau Masse des Fahrzeugs m F beeinflusst Kraftbedarf zur Bewegung Quelle: IKA Aachen, RWTH Aachen

6 Motivation für Leichtbau Gewichtsreduzierung geringere Emissionen Umweltschutz geringerer Verbrauch Kosten höhere Nutzlast E-Mobilität Dynamik Fahrspaß

7 Motivation für Leichtbau Energieeinsatz bei einer Laufleistung von km Quelle: Antrag, CFK-Großserie

8 Jacob Plastics Group Fragen an den Leichtbau Warum Leichtbau? / aktueller Stand? Warum Kunststoff? Wo gibt es das? / Warum nicht in meinem Auto? Welche aktuellen Lösungen gibt es damit mein Auto das auch hat?

9 Leichtbau? Jahre Automobilentwicklung Benz Patent Motorwagen Nummer 1 S-Klasse Baureihe 221 Gewicht: 265 kg Gewicht: kg Verbrauch: 10 Liter / 100 km Verbrauch: 10 Liter / 100 km Quelle: Mercedes S500 4Matic BlueEfficiency

10 Gewicht [%] Quelle:: Goede, M.: Intelligenter Leichtbau Mehr als die Summe der Einzellösungen 5. Fachtagung Fortschritte im Automobil Leichtbau, Wolfsburg, 2004 Gewicht (VW Golf II V) 150 Gründe für Gewichtsanstieg Produktionsjahr

11 Jacob Plastics Group Fragen an den Leichtbau Warum Leichtbau? / aktueller Stand? Warum Kunststoff? Wo gibt es das? / Warum nicht in meinem Auto? Welche aktuellen Lösungen gibt es damit mein Auto das auch hat?

12 Jacob Plastics Group Faserverstärkung kohlenstofffaserverstärktes Harz-Laminat Bambusstab

13 Aluminium E-Modul [N/mm²] Polyamid Glasfaser Kohlenstofffaser Stahl Polyamid + Glasfaser Polyamid + Kohlenstofffaser Dichte [g/cm³] Kunststoffe vs. Metall Vergleichswerte Werkstoff 0

14 Jacob Plastics Group Glasfaser Festigkeit Glasfaser: Festigkeit Kohlenstofffaser: Festigkeit Stahl: N/mm² N/mm² N/mm²

15 Jacob Plastics Group Weben Bindungsarten von Verstärkungsfaser-Geweben links: Leinwandbindung mitte: Köperbindung rechts: Atlasbindung (Satinbindung)

16 Jacob Plastics Group Duroplaste

17 Jacob Plastics Group Thermoplaste

18 E-Modul/Dichte Aluminium Stahl Polyamid + Glasfaser Polyamid + Kohlenstofffaser Preis [EUR/kg] Kunststoffe vs. Metall Vergleichswerte Werkstoff 0

19 Jacob Plastics Group Fragen an den Leichtbau Warum Leichtbau? / aktueller Stand? Warum Kunststoff? Wo gibt es das? / Warum nicht in meinem Auto? Welche aktuellen Lösungen gibt es damit mein Auto das auch hat?

20 Einsatz von Kunststoffen im Flugzeug Rumpfelemente Rumpfelement mit Aussschnitten Quelle: Boeing Rumpfspitze in der Wickeleinrichtung

21 Einsatz von Kunststoffen im Flugzeug Quelle: Boeing

22 Einsatz von Kunststoffen im Automobil Super Sport Car / Formel 1 Nick Heidfeld, Jean Alesi, unverletzt Team: Totalausfall Martin Brundle, 1996, unverletzt, Auto: Totalschaden

23 Jacob Plastics Group Fragen an den Leichtbau Warum Leichtbau? / aktueller Stand? Warum Kunststoff? Wo gibt es das? / Warum nicht in meinem Auto? Welche aktuellen Lösungen gibt es damit mein Auto das auch hat?

24 bezahlbarer Leichtbau Produkt (Bauteil)??? Verarbeitung - Maschine - Werkzeuge - Prozesse

25 Jacob Plastics Group Laminieren

26 Jacob Plastics Group Duroplaste

27 Leichtbau mit Duroplasten Porsche Carrera GT 1380 kg Autoklavverfahren 1500 Stück / Laufzeit kleine Stückzahlen und exklusive Fahrzeuge bedingt durch Verarbeitungstechnik Quelle: Porsche

28 Leichtbau mit Duroplasten Porsche Carrera GT 1380 kg Autoklavverfahren Keine Prozesstechnologien für 1500 Stück / Laufzeit Großserienproduktion kleine Stückzahlen und exklusive Fahrzeuge bedingt durch Verarbeitungstechnik Quelle: Porsche

29 Jacob Plastics Group Fragen an den Leichtbau Warum Leichtbau? / aktueller Stand? Warum Kunststoff? Wo gibt es das? / Warum nicht in meinem Auto? Welche aktuellen Lösungen gibt es damit mein Auto das auch hat?

30 Jacob Plastics Group Thermoplaste

31 Jacob Plastics Group Faserverstärkter Kunststoff (FVK) - Halbzeug Gewebe Thermoplast FVK-Halbzeug

32 Bewertung typischer Verarbeitungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe Duroplast Thermoplast Handlaminat Autoklav RTM Tiefziehen Anlagenkosten niedrig hoch mittel mittel Werkzeugkosten niedrig hoch hoch hoch Lohnkosten hoch mittel mittel niedrig Materialkosten niedrig hoch niedrig hoch Taktzeiten 3-24 h 5 h 0,25 3 h 0,05 h Stückzahl p.a. < 1000 < 3000 < Arbeitshygiene problematisch mittel schwierig unproblematisch Quelle: Umdruck Vorlesung ETH Zürich Composite Technologien

33 Bauteilkomplexität technische Rahmenbedingungen Erweiterung der Einzelprozessgrenzen hoch Spritzguss neue Verfahren Thermoformen von Organoblechen niedrig gering Steifigkeit, Festigkeit hoch

34 Projektkonsortium SpriForm Verarbeitung, Prozessentwicklung (Projektführer) Halbzeugentwicklung Demonstrator Rohstoffhersteller, Simulation Werkzeug, Prozessentwicklung Prozessentwicklung

35 SpriForm Prozess Erwärmen Transport Formen Spritzgießen Auswerfen Standardspritz gießmaschine Spritzgießmaterial für Funktionsintegration Organoblech Aufheizen geheiztes Organoblech SpriForm Werkzeug Umformprozess

36 SpriForm Messehighlight 2010 in Düsseldorf

37 Ausgangssituation Stahl im Automobil / BMW M3 Rücksitzlehne Stahl, 12,5 kg Stoßfängerträger (hinten) Stahl, 11 kg Stoßfängerträger (vorne) Stahl, 9 kg

38 Leichtbau durch thermoplastische FVKs Rücksitzlehne BMW M3 55% Gewichtseinsparung 3,4 kg (Stahl 7,3 kg) 52% Gewichtseinsparung 6 kg (12,5 kg Stahl) 50% Gewichtseinsparung 2,6 kg (Stahl 5,2 kg)

39 Leichtbau durch thermoplastische FVKs Stoßfängerträger (hinten) / BMW M3 71% Gewichtseinsparung: FVK: 3,2 kg Stoßfängerträger (hinten) Stahl, 11 kg

40 neue Wege zur großserientauglichen Herstellung von Leichtbaustrukturen durch integrative Fertigungsverfahren: SpriForm, FIT-Hybrid, CAMISMA verkürzt, robuste Prozesskette durch Prozessintegration großserientauglich durch kurze Zykluszeiten Kosten- und Energieeinsparung Funktionsintegration hohe Designfreiheit hohes Leichtbaupotenzial durch Kombination von Material- und Strukturleichtbau Rezyklierbarkeit (Verwendung thermoplastischer Matrizes)

41 Jacob Plastics Group Ausblick

42 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit